KR20130129620A - 표시장치 - Google Patents

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KR20130129620A
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Abstract

본 발명은 터치 스크린을 포함한 표시장치에 관한 것으로, 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치되며 표시패널; 상기 표시패널에 내장되거나 상기 표시패널 상에 설치된 터치 스크린; 상기 데이터라인들에 데이터전압을 공급하는 데이터 구동회로; 상기 게이트라인들에 게이트펄스를 공급하는 게이트 구동회로; 및 상기 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 공급하여 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱회로를 포함한다. 상기 게이트 구동회로는 하나의 게이트라인에 병렬 연결된 풀다운 트랜지스터들을 교대로 구동한다. 상기 게이트 구동회로는 상기 터치 스크린이 구동되는 기간 동안, 상기 풀다운 트랜지스터들 중 어느 하나만을 구동하거나 상기 풀다운 트랜지스터들을 동시에 구동한다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치 스크린을 포함한 표시장치에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있으며, 터치 UI는 휴대용 정보기기에 기본적으로 설치되고 있는 추세에 있다. 터치 UI를 구현하기 위하여, 가전기기나 휴대용 정보기기의 표시소자 상에 터치 스크린이 설치된다.
정전 용량 방식의 터치 스크린은 기존의 저항막 방식에 비하여 내구성과 선명도가 높고, 멀티 터치 인식과 근접 터치 인식이 가능하여 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 장점이 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 표시소자 상에 접착되거나 표시소자에 내장되므로 표시소자와 전기적으로 커플링되어 있다. 표시소자와의 커플링으로 인하여 표시소자의 구동 신호 변동이나 표시소자의 기생 용량이 변할 때 터치 스크린의 정전 용량 전압에 더해지는 노이즈가 변동한다. 이러한 노이즈는 터치 스크린의 센싱 감도를 떨어 뜨린다.
본 발명은 터치 스크린의 노이즈를 줄일 수 있는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 표시장치는 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치되며 표시패널; 상기 표시패널에 내장되거나 상기 표시패널 상에 설치된 터치 스크린; 상기 데이터라인들에 데이터전압을 공급하는 데이터 구동회로; 상기 게이트라인들에 게이트펄스를 공급하는 게이트 구동회로; 및 상기 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 공급하여 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱회로를 포함한다.
상기 게이트 구동회로는 하나의 게이트라인에 병렬 연결된 풀다운 트랜지스터들을 교대로 구동한다. 상기 게이트 구동회로는 상기 터치 스크린이 구동되는 기간 동안, 상기 풀다운 트랜지스터들 중 어느 하나만을 구동하거나 상기 풀다운 트랜지스터들을 동시에 구동한다.
본 발명은 터치 스크린이 구동되는 기간 동안 그 터치 스크린의 용량 변동으로 인한 노이즈 증가를 방지하기 위하여, 풀다운 트랜지스터의 소자 특성이 변동되지 않는 방법으로 풀다운 트랜지스터들을 구동한다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린의 노이즈를 줄일 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 터치 스크린과 표시패널의 조합을 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 5는 액정셀의 등가 회로도이다.
도 6은 표시패널과 터치 스크린의 시분할 구동 방법을 보여 주는 수직 동기 신호의 파형도이다.
도 7은 인셀 타입으로 표시패널에 내장된 상호 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 8은 도 7과 같은 상호 용량 방식의 터치 스크린이 내장된 표시장치의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 9는 인셀 타입으로 표시패널에 내장된 자기 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 10은 도 9와 같은 자기 용량 방식의 터치 스크린이 내장된 표시장치의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 11은 자기 용량 방식의 터치 스크린에서, 터치 센싱회로와 센싱 라인들 사이에 설치되는 멀티플렉서를 보여 주는 도면이다.
도 12는 자기 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 13은 자기 용량 방식의 터치 스크린에서 터치 입력의 센싱 원리를 보여 주는 파형도이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시프트 레지스터의 1 스테이지 구성을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 15는 도 14에 도시된 풀다운 트랜지스터들의 교류 구동 예를 보여 주는 파형도이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시프트 레지스터의 1 스테이지 구성을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
본 발명의 표시장치에는 도 1 내지 도 3과 같은 방법으로 터치 스크린(TSP)이 설치될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 도 1과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 2와 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
터치 스크린(TSP)은 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 나뉘어진다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(10), 표시패널 구동회로, 타이밍 콘트롤러(22), 터치 센싱회로(100) 등을 포함한다.
표시패널(10)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등으로 제작될 수 있다. 표시패널(10)의 하부 기판에 형성된 픽셀 어레이는 데이터라인들, 데이터라인들과 직교되는 게이트라인들, 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터라인들(11)과 게이트라인들(12)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들, 픽셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 화소전극들(1), 화소전극들에 접속되어 픽셀 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 더 포함한다.
표시패널(10)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극(1)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극(2)에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들(Thin Film Transistor)은 게이트라인으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다. 공통전극(2)은 하부 기판이나 상부 기판에 형성될 수 있다.
표시패널(10)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.
이러한 표시패널(10)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 표시패널(10)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(10)에 빛을 조사한다.
표시패널 구동회로는 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)를 이용하여 입력 영상 데이터를 표시패널(10)의 픽셀들에 기입한다.
데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생한다. 데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(11)에 공급하고, 데이터전압의 극성을 반전시킨다.
게이트 구동회로(26, 30)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(10)의 라인을 선택한다. 게이트 구동회로는 레벨 시프터(Level shifter, 26)와, 시프트 레지스터(Shift register, 30)를 포함한다. GIP(Gate in panel) 공정 기술의 발전에 힘입어, 시프트 레지스터(30)는 표시패널(10)의 기판에 직접 형성될 수 있다.
레벨 시프터(26)는 표시패널(10)의 하부 기판에 전기적으로 연결된 인쇄회로보드(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"라 함)에 형성될 수 있다. 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 클럭신호들을 출력한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 이상의 전압으로 설정된다. 게이트 로우 전압(VGL)은 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된다. 이러한 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK)에 응답하여 각각 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트 펄스(VST)와 클럭신호(CLK)를 출력한다. 레벨 시프터(26)로부터 출력된 클럭신호들(CLK)은 순차적으로 위상이 시프트되어 표시패널(10)에 형성된 시프트 레지스터(30)로 전송된다.
시프트 레지스터(30)는 픽셀 어레이의 게이트 라인들(12)과 연결되도록 픽셀 어레이가 형성되는 표시패널(10)의 하부 기판 가장자리에 형성된다. 시프트 레지스터(30)는 종속적으로 접속된 다수의 스테이지들을 포함한다. 시프트 레지스터(30)는 레벨 시프터(26)로부터 입력되는 스타트펄스(VST)에 응답하여 동작하기 시작하고 클럭신호들(CLK)에 응답하여 출력을 시프트하여 표시패널(10)의 게이트라인들에 게이트펄스를 순차적으로 공급한다.
시프트 레지스터(30)의 풀업 출력단자들과 게이트라인(12) 사이에는 풀업 트랜지스터들(Pull-up transistor)이 연결되어 있다. 풀업 트랜지스터들은 시프트 레지스터(30)의 풀업 출력단자와 연결된 게이트 단자의 전압에 응답하여 게이트라인들(12)에 게이트 하이 전압(VGH)을 공급한다. 시프트 레지스터(30)의 풀다운 출력단자들과 게이트라인(12) 사이에는 풀다운 트랜지스터들(Pull-down transistor)이 병렬 연결되어 있다. 풀다운 트랜지스터들은 시스트 레지스터(30)의 풀다운 출력단자에 연결된 게이트 단자의 전압에 응답하여 게이트라인들(12)에 게이트 로우 전압(VGL)을 공급한다. 시프트 레지스터(30)는 표시패널(10)이 구동되는 기간 동안 트랜지스터의 게이트 바이어스 스트레스(Gate bias stress)를 보상하기 위하여, 하나의 게이트라인(12)에 병렬 연결된 풀다운 트랜지스터들을 교대로 구동한다. 그리고 시프트 레지스터(30)는 터치 스크린(TSP)이 구동되는 기간 동안 그 터치 스크린(TSP)의 용량 변동으로 인한 노이즈 증가를 방지하기 위하여, 풀다운 트랜지스터의 소자 특성이 변동되지 않는 방법으로 풀다운 트랜지스터들을 구동한다. 이를 위하여, 시프트 레지스터(30)는 도 14, 및 도 16~19와 같이 터치 스크린(TSP)이 구동되는 기간(T2) 동안 풀다운 트랜지스터들 중 어느 하나만을 구동하거나 그 풀다운 트랜지스터들을 동시에 구동한다.
타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동회로(24)의 IC(Integrated Circuit)들에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 타이밍 콘트롤러(22) 또는 호스트 시스템은 표시패널 구동회로와 터치 센싱회로(100)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 동기신호(SYNC)를 발생한다.
터치 센싱회로(100)는 터치 스크린의 배선들에 구동 신호를 인가하고 터치 전후의 구동 신호 전압 변화나 구동 신호의 라이징 또는 폴링 에지 지연 시간 을 카운트하여 정전 용량 변화를 센싱한다. 터치 센싱회로(100)는 터치 스크린의 정전 용량으로부터 수신된 센싱 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치 원시 데이터를 분석하여 터치(또는 근접) 입력을 검출한다.
표시패널(10)과 터치 스크린(TSP)은 도 6과 같은 방법으로 시분할 구동될 수 있다. 1 프레임 기간은 도 6과 같이, 표시패널 구동기간(T1)과, 터치 스크린 구동기간(T2)으로 시분할될 수 있다.
도 6에서 "Vsync"는 타이밍 콘트롤러(22)에 입력되는 제1 수직 동기신호이고, "SYNC"는 터치 센싱회로(100)에 입력되는 제2 수직 동기신호이다. 타이밍 콘트롤러(22)는 1 프레임 기간에서 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)을 정의하기 위하여, 호스트 시스템으로부터 입력되는 제1 수직 동기신호(Vsync)를 변조하여 제2 수직 동기신호(SYNC)를 발생할 수 있다. 다른 실시예로서, 호스트 시스템이 도 6과 같은 제2 수직 동기신호(SYNC)를 발생하고, 타이밍 콘트롤러(22)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 제2 수직 동기신호(SYNC)에 응답하여 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 1 프레임 기간을 표시패널 구동기간과 터치 스크린 구동기간으로 시분할하여 표시패널 구동회로와 터치 센싱회로의 동작 타이밍을 제어하는 콘트롤러는 타이밍 콘트롤러와 호스트 시스템 중 어느 하나일 수 있다.
제2 수직 동기신호(SYNC)의 로우 로직 레벨(low logic level) 구간은 표시패널 구동기간(T1)으로 정의되고, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 하이 로직 레벨(high logic level) 구간은 터치 스크린 구동기간(T2)으로 정의될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 하이 로직 레벨 구간이 표시패널 구동기간(T1)으로 정의되고, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 로우 로직 레벨 구간이 터치 스크린 구동기간(T2)으로 정의될 수도 있다. 표시패널 구동기간(T1) 동안, 표시패널 구동회로는 구동되고 터치 센싱회로(100)는 구동되지 않는다.
표시패널 구동기간(T1) 동안, 데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(11)에 공급하고, 게이트 구동회로(26, 30)는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트라인들(12)에 순차적으로 공급한다. 터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안, 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 공급하지 않는다.
터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 표시패널 구동회로는 구동되지 않고 터치 센싱회로(100)가 구동된다. 따라서, 터치 센싱회로(100)는 터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 공급하여 터치(또는 근접) 입력 위치를 센싱한다.
도 3과 같이 정전 용량들이 표시패널(10)에 인셀(In-cell) 타입으로 내장되는 터치 스크린(TSP)은 도 1 및 도 2와 같은 터치 스크린(TSP)에 비하여 표시패널의 기생 용량 변화에 더 민감하게 영향을 받는다. 이하에서 인셀 타입의 터치 스크린의 배선 구조와 그 구동 방법을 설명하기로 한다.
도 7 및 도 8은 상호 용량 방식의 터치 스크린의 배선 구조와 그 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 7은 인셀 타입으로 표시패널에 내장된 상호 용량 방식의 터치 스크린(TSP)과 표시패널의 일부를 확대하여 터치 스크린(TSP)의 배선 구조를 보여 주는 평면도이다. 도 8은 도 7과 같은 상호 용량 방식의 터치 스크린이 내장된 표시장치의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상호 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 서로 직교하는 Tx 라인들 및 Rx 라인들(R1, R2)을 포함한다.
Tx 라인들 각각은 링크 패턴들(L11~L22)을 통해 표시패널(10)의 횡 방향(또는 수평 방향)을 따라 연결된 투명 도전 블록 패턴들을 포함한다. 제1 Tx 라인은 링크 패턴들(L11, L12)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 다수의 투명 도전 블록 패턴(T11~T13)을 포함한다. 제2 Tx 라인은 링크 패턴들(L21, L22)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 다수의 투명 도전 블록 패턴(T21~T23)을 포함한다. 투명 도전 블록 패턴(T11~T23) 각각의 크기는 픽셀들 각각의 크기 보다 크게 패터닝되어 다수의 픽셀들과 중첩된다. 투명 도전 블록 패턴(T11~T23) 각각은 절연층을 사이에 두고 화소전극들과 중첩되고, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수 있다. 링크 패턴(L11~L22)은 Rx 라인(R1, R2)을 가로 질러 횡 방향(또는 수평 방향)으로 이웃하는 투명 도전 블록 패턴(T11~T23)을 전기적으로 연결한다. 링크 패턴(L11~L22)은 절연층을 사이에 두고 Rx 라인(R1, R2)과 중첩될 수 있다. 링크 패턴(L11~L22)은 전기 전도율이 높은 금속 알루미늄(Al), 알루미늄 네오듐(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속으로 형성되거나, 투명 도전 물질로 형성될 수 있다.
Rx 라인들(R1, R2)은 Tx 라인들과 직교되도록 표시패널(10)의 종 방향(또는 수직 방향)을 따라 길게 형성된다. Rx 라인들(R1, R2)은 ITO와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수 있다. Rx 라인들(R1, R2) 각각은 도시하지 않은 다수의 픽셀들과 중첩될 수 있다. 이러한 Rx 라인들(R1, R2)은 표시패널(10)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상호 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 전술한 바와 같이 공통전극으로부터 분할된 블록 패턴들을 구동 신호가 인가되는 Tx 전극들로 이용하고, 상부 기판이나 하부 기판의 전면이나 배면에 Rx 전극들을 형성할 수 있다. 도 3과 같은 인셀 타입에서 픽셀 어레이의 데이터라인들을 Rx 전극들로 이용하거나 픽셀 어레이에 별도의 배선들을 형성하여 그 배선들을 Rx 전극들로 이용할 수 있다.
도시하지 않은 공통 전압원은 표시패널 구동기간(T1) 동안 Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)에 공통전압(Vcom)을 공급한다. 따라서, Tx 라인들은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극으로 동작한다.
터치 센싱회로(100)는 Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)과 Rx 라인들(R1, R2)에 연결된다. 터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 인에이블(enable)되어 터치 스크린 구동기간(T2)에만 Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)에 구동신호를 순차적으로 공급하고, Rx 라인들을 통해 상호 용량들의 전압을 센싱한다. 구동 신호는 구동 전압(Vdrv)과 기준전압(Vref) 사이에서 스윙한다. 도 7 및 도 8에서, "D1~D3 ..."는 표시패널(10)의 데이터라인들이고, "G1~G3..."는 표시패널(10)의 게이트라인들을 나타낸다.
터치 센싱회로(100)는 Rx 라인들(R1, R2)을 통해 수신된 상호 용량의 전압을 샘플링하고, 샘플링한 전압을 적분기의 커패시터에 누적한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 적분기의 커패시터에 충전된 전압을 디지털 데이터로 변환하고 그 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 데이터를 터치(또는 근접) 입력 위치의 상호 용량 데이터로 판단한다.
도 9는 인셀 타입으로 표시패널(10)에 내장된 자기 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조를 보여 주는 평면도이다. 도 10은 자기 용량 방식의 터치 스크린이 내장된 표시장치의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 자기 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 투명 도전 블록 패턴들(COM1~COMn)을 포함한다. 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn) 각각의 크기는 픽셀들 보다 큰 투명 도전 물질로 형성된다. 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn) 각각은 다수의 픽셀들과 중첩된다.
터치 센싱회로(100)는 센싱 라인들(S1~Sn)을 통해 투명 도전 블록 패턴들(COM1~COMn)에 1:1로 연결된다. 도시하지 않은 공통 전압원은 표시패널 구동기간(T1) 동안 센싱 라인들(S1~Sn)을 통해 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)에 공통전압(Vcom)을 공급한다. 따라서, 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극(2)으로 동작한다.
터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 인에이블되어 터치 스크린 구동기간(T2)에만 도 10과 같은 구동신호를 센싱 라인들(S1~Sn)에 동시에 공급한다. 도 10에서 표시패널 구동기간(T1)은 생략되었지만, 그 표시패널 구동기간(T1)의 동작은 도 8과 실질적으로 동일하다.
자기 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서, 터치 센싱회로(100)의 핀 (pin) 수를 줄이기 위하여 터치 센싱회로(100)와 센싱 라인들(S1~Sn) 사이에 도 11과 같이 멀티플렉서(multiplexer, 102)가 설치될 수 있다. 멀티플렉서(102)가 1:N(N은 2 이상 n 보다 작은 양의 정수) 멀티플렉서인 경우에, 터치 센싱회로(100)에서 구동신호가 출력되는 n/N 개의 핀들이 멀티플렉서(102)의 출력 단자들에 연결된다. 그리고, 멀티플렉서(102)에서 n 개의 출력 단자들은 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)에 1:1로 연결된다. n 개의 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)은 N 개의 그룹으로 나누어 시분할 구동된다. 따라서, 본 발명은 멀티플렉서(102)를 이용하여 터치 센싱회로(100)의 핀 수를 1/N 만큼 줄일 수 있다.
예를 들어, 1:3 멀티플렉서의 경우에, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 핀들(P1~Pn/3)을 제1 그룹의 투명 도전 블록 패턴들에 연결하여 구동신호를 제1 그룹의 투명 도전 블록 패턴들에 동시에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 핀들(P1~Pn/3)을 제2 그룹의 투명 도전 블록 패턴들에 연결하여 구동신호를 제2 그룹의 투명 도전 블록 패턴들에 동시에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 핀들(P1~Pn/3)을 제3 그룹의 투명 도전 블록 패턴들에 연결하여 구동신호를 제3 그룹의 투명 도전 블록 패턴들에 동시에 공급한다. 따라서, 터치 센싱회로(100)는 멀티플렉서(102)를 이용하여 n/3 개의 핀들을 통해 n 개의 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)에 구동신호를 공급할 수 있다.
도 12는 자기 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 등가 회로도이다. 도 13은 자기 용량 방식의 터치 스크린에서 터치 입력의 센싱 원리를 보여 주는 파형도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 자기 용량 방식의 터치 스크린은 저항(R)과 커패시터(Cg, Cd, Co)를 포함한다. 저항(R)은 터치 스크린(TSP)과 표시패널(10)의 배선 저항 및 기생 저항을 포함한다. Cg는 터치 스크린(TSP)의 배선과 게이트라인(12) 사이의 커패시터이고, Cd는 터치 스크린(TSP)의 배선과 데이터라인(11) 사이의 커패시터이다. Co는 표시패널(10)에서 데이터라인(11)과 게이트라인(12) 이외의 다른 구성요소들과, 터치 스크린(TSP)의 배선 사이에 형성된 커패시터이다.
터치 스크린(TSP)의 배선에 구동 신호(Vo)를 인가하면 그 구동 신호(Vo)의 라이징 에지(rising edge) 및 폴링 에지(falling edge)는 도 12의 저항(R)과 커패시터(Cg, Cd, Co)에 의해 결정되는 RC 지연값 만큼 지연된다. 터치 스크린(TSP)에 도체나 손가락이 접촉하면 도 13에서 Cf 만큼 커패시턴스(Capacitance)가 상승하여 RC 지연이 더 커진다. 일 예로, 도 13에서 실선은 터치 입력이 없을 때 구동 신호의 폴링 에지이고, 점선은 터치 입력이 있을 때 구동 신호의 폴링 에지를 나타낸다. 터치 센싱회로(100)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나를 미리 설정된 기준 전압값(Vx)과 비교한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나의 전압이 기준 전압값(Vx)에 도달할 때까지의 시간을 카운트한다. 터치 입력이 없을 때 기준 전압값(Vx)에 도달하는 기준 시간 정보는 터치 센싱회로(100)에 미리 저장되어 있다. 터치 센싱회로(100)는 카운터로 실시간 측정된 시간과 미리 알고 있는 기준 시간 정보 간의 시간차(Δt)가 미리 설정됨 임계값 이상이면 현재 센싱된 자기 용량을 터치(또는 근접) 입력으로 판단한다.
표시패널(10)의 게이트라인들(12)에는 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 시프트 레지스터(30)를 통해 게이트 로우 전압(VGL)이 인가된다.
시프트 레지스터(30)는 도 14와 같은 스테이지들이 종속적으로 접속된 구성을 갖는다. 스테이지들은 플립플롭, 풀업 트랜지스터(Tpu), 및 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)을 포함한다. 플립플롭의 제1 출력 단자(Q)에는 풀업 트랜지스터(Tpu)가 연결되고, 제2 및 제3 출력 단자들(QB1, QB2)에는 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)이 연결된다.
플립플롭은 표시패널 구동기간(T1) 동안 제1 입력단자(S)에 클럭신호(CLK) 또는 이전 스테이지 출력이 입력(In1)될 때 제1 출력 단자(Q)의 전압을 상승시켜 게이트 하이 전압(VGH)을 게이트라인으로 출력한다. 플립플롭은 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 제2 입력단자(R)에 클럭신호(CLK) 또는 다음 단의 스테이지 출력이 입력(In2)될 때 제2 및 제3 출력 단자(QB1, QB2)의 전압을 상승시켜 게이트 로우 전압(VGL)을 게이트라인(12)으로 출력한다.
게이트라인들(12)에는 게이트펄스가 공급되는 시간 이외의 대부분 시간 동안 게이트 로우 전압(VGL)이 공급된다. 이 때문에, 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)의 게이트에는 플립플롭의 제2 및 제3 출력단자들을 통해 직류 전압인 게이트 하이 전압(VGH)이 오랜 시간 동안 인가된다. 따라서, 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)은 게이트 바이어스 스트레스(Gate bias stress)로 인하여 그 문턱 전압 특성이 변동될 수 있다. 이러한 게이트 바이어스 스트레스를 보상하기 위하여, 시프트 레지스터(30)는 도 15와 같이 플립플롭의 제2 및 제3 출력단자들에 교류전압을 공급하여 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)을 교대로 구동할 수 있다.
풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)은 그 기생 용량, 채널 특성 등에서 미세한 편차를 가질 수 있다. 이러한 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)의 미세한 차이로 인하여 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 도 15와 같이 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)이 교대로 구동할 때 게이트라인과 연결된 기생 용량(도 12의 Cg)의 변동을 초래하여 센싱 전압의 노이즈를 증가시킨다. 이러한 문제를 방지하고 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)의 교류 구동을 가능하게 하기 위하여, 본 발명은 도 14, 및 도 16~19와 같은 풀다운 트랜지스터의 구동 방법을 적용한다.
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 14 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법은 표시패널 구동기간 동안(T1) 제2 풀다운 트랜지스터(Tpd2) 만을 구동하고, 터치 스크린 구동기간 동안(T2) 제1 풀다운 트랜지스터(Tpd1) 만을 구동한다. 시프트 레지스터(30)는 표시패널 구동기간 동안(T1) 제3 출력 단자(QB2)의 전압을 충전하여 제2 풀다운 트랜지스터(Tpd2)를 턴-온시킨다. 이어서, 시프트 레지스터(30)는 터치 스크린 구동기간 동안(T2) 제2 출력 단자(QB1)의 전압을 충전하여 제1 풀다운 트랜지스터(Tpd1)를 턴-온시킨다.
본 발명은 도 14 및 도 16과 같이, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 제1 풀다운 트랜지스터(Tpd1) 만을 구동하여 게이트라인(12)의 전압을 게이트 로우 전압(VGL)으로 유지한다. 따라서, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 게이트 라인(12)에 연결된 트랜지스터의 소자 특성이 변하지 않는다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 게이트 라인(12)에 연결된 기생 용량(Cg)의 변동이 거의 없으므로 센싱 전압에 더해지는 노이즈를 줄일 수 있다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 14 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법은 터치 스크린 구동기간 동안(T2) 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)을 동시에 구동한다. 표시패널 구동기간 동안(T1), 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)은 교대로 구동된다. 예를 들어, 제1 풀다운 트랜지스터(Tpd1)는 제1 프레임 기간 내에서 시분할된 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 턴-온(turn-on)되는 반면, 제2 프레임 기간의 표시패널 구동기간(T1)에 턴-오프(turn-off)될 수 있다. 제2 풀다운 트랜지스터(Tpd2)는 제1 프레임 기간의 표시패널 구동기간(T1) 동안 턴-오프되는 반면, 제2 프레임 기간의 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 턴-온될 수 있다.
시프트 레지스터(30)는 표시패널 구동기간 동안(T1) 제3 출력 단자(QB2)의 전압을 충전하여 제2 풀다운 트랜지스터(Tpd2)를 턴-온시킨다. 이어서, 시프트 레지스터(30)는 표시패널 구동기간 동안(T2) 제2 출력 단자(QB1)의 전압을 충전하여 제1 풀다운 트랜지스터(Tpd1)를 턴-온시킨다.
본 발명은 도 14 및 도 17과 같이, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)을 동시에 구동하여 게이트라인(12)의 전압을 게이트 로우 전압(VGL)으로 유지한다. 따라서, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 게이트 라인에 연결된 트랜지스터의 소자 특성이 변하지 않는다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 게이트 라인(12)에 연결된 기생 용량(Cg)의 변동이 거의 없으므로 센싱 전압에 더해지는 노이즈를 줄일 수 있다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시프트 레지스터(30)의 1 스테이지 구성을 보여 주는 등가 회로도이다. 도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 풀다운 트랜지스터의 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 시프트 레지스터(30)는 도 14와 같은 스테이지들이 종속적으로 접속된 구성을 갖는다. 스테이지들은 플립플롭, 풀업 트랜지스터(Tpu), 및 풀다운 트랜지스터들(Tpd1~Tpd3)을 포함한다. 플립플롭의 제1 출력 단자(Q)에는 풀업 트랜지스터(Tpu)가 연결되고, 제2 내지 제4 출력 단자들(QB2, QB1~QB3)에는 풀다운 트랜지스터들(Tpd1~Tpd3)이 연결된다.
플립플롭은 표시패널 구동기간(T1) 동안 제1 입력단자(S)에 클럭신호(CLK) 또는 이전 스테이지 출력이 입력(In1)될 때 제1 출력 단자(Q)의 전압을 상승시킨다. 풀업 트랜지스터(Tpu)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 제1 출력 단자(Q)의 전압에 응답하여 턴-온되어 게이트 하이 전압(VGH)을 게이트라인에 공급한다. 플립플롭은 표시패널 구동기간(T1) 동안 제2 입력단자(R)에 클럭신호(CLK) 또는 다음 단의 스테이지 출력이 입력(In2)될 때 제2 및 제3 출력 단자들(QB1, QB2)의 전압을 교대로 상승시킨다. 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들(Tpd1, Tpd2)은 표시패널 구동기간(T1) 동안 제2 및 제3 출력 단자들(QB1, QB2)의 전압에 응답하여 교대로 턴-온되어 게이트 로우 전압(VGL)을 게이트라인(12)으로 출력한다. 예를 들어, 제1 풀다운 트랜지스터(Tpd1)는 제1 프레임 기간의 표시패널 구동기간(T1) 동안 턴-온되는 반면, 제2 프레임 기간의 표시패널 구동기간(T1) 동안 턴-오프될 수 있다. 제2 풀다운 트랜지스터(Tpd2)는 제1 프레임 기간의 표시패널 구동기간(T1) 동안 턴-오프되는 반면, 제2 프레임 기간의 표시패널 구동기간(T1) 동안 턴-온될 수 있다.
플립플롭은 터치 스크린 구동기간(T1) 동안 제4 출력 단자(QB4)의 전압을 상승시킨다. 따라서, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 제3 풀다운 트랜지스터(Tpu3)만 턴-온된다. 제3 풀다운 트랜지스터(Tpd3)는 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 제4 출력 단자(QB3)의 전압에 응답하여 턴-온되어 게이트 로우 전압(VGL)을 게이트라인(12)으로 출력한다.
본 발명은 도 18 및 도 19와 같이, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 제3 풀다운 트랜지스터(Tpd3) 만을 구동하여 게이트라인(12)의 전압을 게이트 로우 전압(VGL)으로 유지한다. 따라서, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 게이트 라인(12)에 연결된 트랜지스터의 소자 특성이 변하지 않는다. 그 결과, 본 발명은 게이트 라인(12)에 연결된 기생 용량(Cg)의 변동이 거의 없으므로 센싱 전압에 더해지는 노이즈를 줄일 수 있다.
본 발명의 터치 스크린은 인셀 타입의 터치 스크린에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 예를 들어, 도 14, 및 도 16 내지 도 19의 풀다운 트랜지스터 구동 방법은 도 1 내지 도 3과 같은 다양한 유형의 터치 스크린이 설치된 표시장치에 적용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 표시패널 TSP : 터치 스크린
20 : PCB 22 : 타이밍 콘트롤러
24 : 데이터 구동회로 26 : 레벨 시프터
30 : 시프트 레지스터 100 : 터치 센싱회로
Tup : 풀업 트랜지스터
Tpd1~Tpd3 : 풀다운 트랜지스터

Claims (6)

  1. 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치되며 표시패널;
    상기 표시패널에 내장되거나 상기 표시패널 상에 설치된 터치 스크린;
    상기 데이터라인들에 데이터전압을 공급하는 데이터 구동회로;
    상기 게이트라인들에 게이트펄스를 공급하는 게이트 구동회로; 및
    상기 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 공급하여 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱회로를 포함하고,
    상기 게이트 구동회로는,
    하나의 게이트라인에 병렬 연결된 풀다운 트랜지스터들을 교대로 구동하고,
    상기 터치 스크린이 구동되는 기간 동안, 상기 풀다운 트랜지스터들 중 어느 하나만을 구동하거나 상기 풀다운 트랜지스터들을 동시에 구동하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는,
    게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압 사이에서 스윙하는 클럭신호들을 발생하는 레벨 시프터; 및
    상기 게이트 라인들과 연결되도록 상기 표시패널의 기판에 직접 형성되어 상기 클럭신호들을 시프트하여 상기 게이트라인들에 상기 게이트펄스를 순차적으로 공급하는 시프트 레지스터를 포함하고,
    상기 시프트 레지스터의 풀다운 출력단자들에 상기 풀다운 트랜지스터들이 연결되고,
    상기 시프트 레지스터의 풀업 출력단자에 풀업 트랜지스터가 연결되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    1 프레임 기간을 상기 표시패널의 픽셀들에 데이터가 기입되는 제1 기간과, 상기 표시패널의 픽셀들에 데이터가 기입되지 않고 상기 터치 스크린의 정전 용량들이 센싱되는 제2 기간으로 시분할하여 상기 게이트 구동회로, 상기 데이터 구동회로, 및 상기 터치 센싱회로의 동작 타이밍을 제어하는 콘트롤러를 더 포함하고,
    상기 데이터 구동회로와 상기 게이트 구동회로는 상기 제1 기간 동안, 상기 표시패널의 픽셀들에 데이터를 기입하고,
    상기 터치 센싱 회로는 상기 제2 기간 동안, 상기 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는,
    하나의 게이트라인에 병렬 연결되고 턴-온될 때 상기 게이트 로우 전압을 상기 게이트라인에 공급하는 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 제1 기간 동안, 상기 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들 중 어느 하나만을 구동하고,
    상기 제2 기간 동안, 상기 제1 기간에 구동되지 않았던 풀다운 트랜지스터만을 구동하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는,
    하나의 게이트라인에 병렬 연결되고 턴-온될 때 상기 게이트 로우 전압을 상기 게이트라인에 공급하는 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 제1 기간 동안, 상기 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들을 교대로 구동하고,
    상기 제2 기간 동안, 상기 제1 및 제2 풀다운 트랜지스터들을 동시에 구동하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는,
    하나의 게이트라인에 병렬 연결되고 턴-온될 때 상기 게이트 로우 전압을 상기 게이트라인에 공급하는 제1 내지 제3 풀다운 트랜지스터들을 포함하고,
    상기 제1 기간 동안, 상기 제1 내지 제3 풀다운 트랜지스터들 중 두 개의 풀다운 트랜지스터들을 교대로 구동하고,
    상기 제2 기간 동안, 상기 제1 기간에 구동되지 않았던 나머지 풀다운 트랜지스터만을 구동하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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